探訪蜂巢全球鋰電創(chuàng)新中心 看動(dòng)力電池“后浪”研發(fā)實(shí)力

技術(shù)創(chuàng)新是新能源產(chǎn)業(yè)的核心驅(qū)動(dòng)力，也是企業(yè)參與市場(chǎng)競(jìng)逐的關(guān)鍵砝碼。

作為動(dòng)力電池領(lǐng)域“后浪”，蜂巢能源的快速崛起，與其在自主研發(fā)及創(chuàng)新領(lǐng)域的大規(guī)模投入和超前布局密不可分。

無鈷電池、短刀電池、全固態(tài)電池……一系列極具創(chuàng)新的電池品類誕生背后，秘密來自于位于無錫的蜂巢能源全球鋰電創(chuàng)新中心。

繼2月底實(shí)地探訪蜂巢能源位于常州金壇的短刀電池工廠，了解蜂巢能源的制造實(shí)力后，8月5日，包括高工鋰電在內(nèi)的多家媒體一行走進(jìn)蜂巢能源全球鋰電創(chuàng)新中心，實(shí)地參觀了其試驗(yàn)中心、安全實(shí)驗(yàn)室和全固態(tài)電池實(shí)驗(yàn)室，詳細(xì)了解了蜂巢能源電池創(chuàng)新背后的研發(fā)實(shí)力。

持續(xù)創(chuàng)新背后的研發(fā)“策源地”

位于無錫的全球鋰電創(chuàng)新中心，是蜂巢能源全球研發(fā)總部，主要功能是探索面向未來鋰電產(chǎn)業(yè)相關(guān)的前沿技術(shù)和產(chǎn)品創(chuàng)新。

蜂巢能源無錫全球鋰電創(chuàng)新中心設(shè)立了無錫試驗(yàn)中心、西游實(shí)驗(yàn)室、固態(tài)/半固態(tài)電池實(shí)驗(yàn)室等，負(fù)責(zé)不同階段的技術(shù)及產(chǎn)品開發(fā)。 

以試驗(yàn)中心為例，其占比面積超2.4萬㎡，擁有全流程的試驗(yàn)?zāi)芰Γǜ鞣N大型高精尖設(shè)備，僅試驗(yàn)設(shè)備的投資額就達(dá)到數(shù)億元。

研發(fā)環(huán)節(jié)的硬核賦能，讓蜂巢能源的技術(shù)創(chuàng)新軟實(shí)力在短期內(nèi)達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水準(zhǔn)。專利數(shù)據(jù)就是最為直接的證明。

根據(jù)2021年中國(guó)汽車專利統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)結(jié)果發(fā)布，蜂巢能源以878項(xiàng)公開量位居2021年中國(guó)動(dòng)力電池專利公開量創(chuàng)新主體TOP20排行榜單榜首，而這也是蜂巢能源繼2020年度占據(jù)該榜單榜首之后蟬聯(lián)第一。以蜂巢能源的短刀電池為例，其目前已經(jīng)申請(qǐng)的專利總量超過100多項(xiàng)。

蜂巢能源負(fù)責(zé)人表示，全球化研發(fā)布局是蜂巢能源自成立以來就堅(jiān)持的戰(zhàn)略思路。截至目前，已陸續(xù)在中國(guó)、日本、韓國(guó)、印度、德國(guó)等地規(guī)劃建立十大研發(fā)中心，研發(fā)范圍覆蓋先進(jìn)材料、先進(jìn)技術(shù)、先進(jìn)工藝、BMS系統(tǒng)等各領(lǐng)域。

未來，這些分布于全球的研發(fā)中心，都會(huì)和位于無錫的創(chuàng)新中心一樣，成為蜂巢能源持續(xù)創(chuàng)新的“策源地”。

軟硬結(jié)合：3大硬核實(shí)驗(yàn)室+1大軟件平臺(tái)

電池從研發(fā)到達(dá)到真正量產(chǎn)要求，需要經(jīng)歷一系列復(fù)雜的測(cè)試驗(yàn)證，涉及正負(fù)極材料、電解液的研發(fā)，樣品試制，產(chǎn)品物理化學(xué)性能測(cè)試、電芯及電池包的電性能測(cè)試、安全性能驗(yàn)證三重關(guān)鍵驗(yàn)證測(cè)試環(huán)節(jié)的考驗(yàn)。

蜂巢能源技術(shù)中心無錫試驗(yàn)部高級(jí)總監(jiān)李輝博士向介紹，試驗(yàn)中心主要負(fù)責(zé)產(chǎn)品開發(fā)過程中的驗(yàn)證測(cè)試，擁有全流程的試驗(yàn)?zāi)芰?，包括各種大型高精尖設(shè)備，規(guī)模位于動(dòng)力電池驗(yàn)證類實(shí)驗(yàn)室的前列。

在試驗(yàn)中心，高工鋰電分別參觀了電芯體系實(shí)驗(yàn)室、理化和電性能實(shí)驗(yàn)室、蜂云平臺(tái)、安全實(shí)驗(yàn)室。

●  電芯體系實(shí)驗(yàn)室

電芯體系實(shí)驗(yàn)室主要針對(duì)電解液等前沿材料展開研發(fā)。目前實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)具備正負(fù)極材料勻漿涂布；電解液配置、理化性能測(cè)試、氧化電位等電化學(xué)測(cè)試；樣品封裝測(cè)試等各項(xiàng)試驗(yàn)?zāi)芰Α?/p>

在研發(fā)短刀L600電解液時(shí)，蜂巢能源研發(fā)人員經(jīng)過反復(fù)分析測(cè)試，最終采用低粘度溶劑，以此來提高電解液在零下低溫環(huán)境中的流動(dòng)性和電導(dǎo)率，從而改善長(zhǎng)電芯的低溫充電能力，有效解決冬天續(xù)航里程驟降的問題。 

同時(shí)電解液還特意增加了功能添加劑，在電池首次充電的時(shí)候，能夠在負(fù)極發(fā)生聚合反應(yīng)，形成一層堅(jiān)固的保護(hù)膜。該保護(hù)膜在高溫下維持穩(wěn)定不分解，使負(fù)極和電解液不發(fā)生有害反應(yīng)，能夠明顯改善高溫環(huán)境下使用安全，大大提升循環(huán)壽命。

●  理化分析實(shí)驗(yàn)室 

理化分析實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有40余臺(tái)大型高精尖設(shè)備，擁有多達(dá)131項(xiàng)的系統(tǒng)化測(cè)試能力，完整覆蓋材料開發(fā)、電池體系開發(fā)、電池機(jī)理及安全分析的所有測(cè)試需求。 

其中，釋氧溫度的高低和釋氧量決定了材料高溫?zé)岱€(wěn)定性和安全性能。為了測(cè)試材料的釋氧溫度，蜂巢能源采用“同步熱分析儀-氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀”來對(duì)材料釋氧進(jìn)行精確分析。 

電池內(nèi)部的工藝控制及失效分析是電池研發(fā)的核心環(huán)節(jié)，為了能深入了解短刀電池的內(nèi)部機(jī)理，蜂巢能源用工業(yè)CT對(duì)短刀電池做“體檢”，通過X射線觀察電池內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和缺陷，如對(duì)齊度、褶皺等，監(jiān)測(cè)精度達(dá)到納米級(jí)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)于電池失效機(jī)理和制造工藝控制的深入研究。 

在電芯測(cè)試區(qū)，李輝介紹，通過材料驗(yàn)證環(huán)節(jié)后，材料才可制作成電池樣品，接著就要驗(yàn)證電池的電性能。電性能實(shí)驗(yàn)室就主要承擔(dān)此項(xiàng)工作，如電池的容量、能量、不同荷電量下的開路電壓和脈沖充放電能力，長(zhǎng)期循環(huán)壽命、存儲(chǔ)壽命、自放電等電性能，判斷設(shè)計(jì)的電池是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。 

無錫研發(fā)中心整個(gè)電芯測(cè)試區(qū)域有1.26萬個(gè)測(cè)試通道。為了保證測(cè)試的準(zhǔn)確性，蜂巢能源的電芯性能測(cè)試模擬實(shí)際使用條件，用金屬夾板模擬電芯在模塊或電池包內(nèi)的受力情況，并且監(jiān)測(cè)充放電過程中壓力變化，集成了溫度、電壓、壓力數(shù)據(jù)采集。

此外還有三電極測(cè)試，用輔助電壓通道監(jiān)測(cè)正、負(fù)極對(duì)金屬鋰的電壓，尋找電池極限使用條件，避免析出金屬鋰，保證電池使用安全。 

●  蜂云平臺(tái)

蜂巢能源還聯(lián)手華為、清華大學(xué)等進(jìn)行戰(zhàn)略合作，研發(fā)推出先進(jìn)的電池應(yīng)用監(jiān)測(cè)系統(tǒng)——蜂云平臺(tái)。

設(shè)置電池系統(tǒng)在線監(jiān)控平臺(tái)，一方面，平臺(tái)可對(duì)應(yīng)用蜂巢能源電池系統(tǒng)的車輛實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，相應(yīng)的數(shù)據(jù)可用來開展后續(xù)的電池性能分析。截至2022年7月底已經(jīng)接入監(jiān)測(cè)車輛超過37萬臺(tái)，累計(jì)監(jiān)測(cè)分析數(shù)據(jù)信息突破592億條； 

另一方面，蜂云平臺(tái)通過內(nèi)短路預(yù)警、析鋰預(yù)警、絕緣預(yù)警等算法模型，使用大量數(shù)據(jù)在云端進(jìn)行AI模型訓(xùn)練并自動(dòng)進(jìn)行算法優(yōu)化和升級(jí)，精準(zhǔn)識(shí)別風(fēng)險(xiǎn)電池，輕微內(nèi)短路可提前兩個(gè)月預(yù)警，嚴(yán)重內(nèi)短路可在熱失控前數(shù)小時(shí)預(yù)警，最大程度保障電動(dòng)車應(yīng)用安全。

●  安全實(shí)驗(yàn)室 

在完成了理化性能測(cè)試和電性能測(cè)試之后，電池要真正走向量產(chǎn)，還要經(jīng)歷堪稱“十大酷刑”的電池安全測(cè)試。

李輝介紹，安全性測(cè)試的目的在于驗(yàn)證動(dòng)力電池系統(tǒng)在濫用情況下的安全性，最重要的目的在于驗(yàn)證動(dòng)力電池系統(tǒng)保護(hù)自身的能力以及在發(fā)生危險(xiǎn)情況下對(duì)乘員的保護(hù)能力。安全測(cè)試主要包括機(jī)械、環(huán)境和保護(hù)安全性等內(nèi)容。 

蜂巢能源建立了一個(gè)完整的電池安全實(shí)驗(yàn)室，占地5000㎡，現(xiàn)有設(shè)備30余套，可以進(jìn)行電池單體、模塊、BMS和電池包/系統(tǒng)的機(jī)械、環(huán)境和電氣的可靠性與濫用測(cè)試。

“高溫、低溫、高溫高濕、溫度驟變、鹽霧、水浸、振動(dòng)、機(jī)械沖擊、擠壓、針刺……”短刀電池要完整經(jīng)歷上述各項(xiàng)“酷刑”，才能最終滿足量產(chǎn)的條件。

這其中，針刺對(duì)于動(dòng)力電池的難度最大。探訪現(xiàn)場(chǎng)，高工鋰電一行現(xiàn)場(chǎng)觀看了短刀電池的針刺實(shí)驗(yàn)，在滿電測(cè)試中，短刀電池不起火，不冒煙，針刺點(diǎn)溫度低于35℃。

據(jù)李輝介紹，蜂巢能源L600短刀電池已通過系統(tǒng)化的安全性能測(cè)試，總體性能表現(xiàn)明顯優(yōu)于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，尤其是順利通過了針刺試驗(yàn)，充分顯示出短刀電池的高安全品質(zhì)。

前瞻卡位搶占全球電池創(chuàng)新“制高點(diǎn)”

對(duì)于動(dòng)力電池企業(yè)而言，要保持持續(xù)性的技術(shù)領(lǐng)先，不僅要聚焦當(dāng)下的技術(shù)研發(fā)，更要對(duì)于前瞻性的技術(shù)進(jìn)行提前儲(chǔ)備，并建立包括材料、工藝、裝備等各個(gè)環(huán)節(jié)的系統(tǒng)化多維度的創(chuàng)新能力。 

就在近期，蜂巢能源對(duì)外宣布，其全固態(tài)電池實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)完成20Ah級(jí)硫系全固態(tài)原型電芯的研發(fā)。該系列電芯能量密度≥350Wh/kg，順利通過針刺、200℃熱箱等嚴(yán)苛實(shí)驗(yàn)。 

在無錫全球鋰電創(chuàng)新中心，高工鋰電就實(shí)地參觀了其全固態(tài)電池實(shí)驗(yàn)室。

目前，蜂巢能源全固態(tài)實(shí)驗(yàn)室已具備固態(tài)電解質(zhì)材料的公斤級(jí)自主合成，固態(tài)電解質(zhì)膜連續(xù)化制備，全固態(tài)軟包電芯組裝以及新設(shè)備開發(fā)等自主研發(fā)能力，獲得了經(jīng)驗(yàn)積累的同時(shí)并針對(duì)性的展開專利布局，已申請(qǐng)109項(xiàng)專利，其中發(fā)明專利93項(xiàng)。

事實(shí)上，蜂巢能源在全固態(tài)電池及材料領(lǐng)域的前瞻探索，也正契合了當(dāng)下全球動(dòng)力電池領(lǐng)域競(jìng)逐的大趨勢(shì)。

就在最近結(jié)束的2022世界動(dòng)力電池大會(huì)上，中國(guó)科學(xué)院院士歐陽(yáng)明高表示，中國(guó)動(dòng)力電池領(lǐng)域的創(chuàng)新，正在從結(jié)構(gòu)創(chuàng)新進(jìn)一步向更為基礎(chǔ)也更為底層的電池材料創(chuàng)新演化，搶占全球電池創(chuàng)新的制高點(diǎn)。 

在更為前沿的電池技術(shù)創(chuàng)新上，蜂巢能源的思路是，將研發(fā)方向以多領(lǐng)域、多材料、多體系的多頭并進(jìn)格局開展，以期開創(chuàng)下一代電池，做邁向未來、探向先進(jìn)技術(shù)的取經(jīng)人。 

在多個(gè)不同場(chǎng)合，蜂巢能源董事長(zhǎng)兼CEO楊紅新都強(qiáng)調(diào)，作為一家以創(chuàng)新為基因的能源互聯(lián)高科技企業(yè)，蜂巢能源始終秉承“因創(chuàng)新而前進(jìn)”的企業(yè)精神，以創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展，注重技術(shù)研發(fā)和知識(shí)產(chǎn)權(quán)體系構(gòu)建，持續(xù)強(qiáng)化蜂巢在全球動(dòng)力電池領(lǐng)域競(jìng)逐的競(jìng)爭(zhēng)力。

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